DMF丁二烯萃取精馏工艺流程仿真及分析.pdf
裴友军++于建++何亚东++李东旭++宋维恒
[摘 要]丁二烯作为基本的有机化工原材料，在化工产品的生产中受到了广泛的应用。基于此，本文先是介绍了丁二烯的生产方法和工艺，然后设计了丁二烯萃取精馏的工艺，最后对丁二烯萃取精馏工艺进行了模拟优化分析，提出了丁二烯萃取精馏的参数优化和节能优化措施，可以降低丁二烯萃取精馏工艺的能耗，达到绿色环保的目的。
[关键词]丁二烯；萃取精馏；模拟优化分析
中图分类号：TQ221.223 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0027-01
前言：丁二烯可以合成橡胶或者树脂，在化工业有很广泛的应用。目前，世界上大部分的丁二烯都是有碳四作为原材料抽提得到的。我国是乙烯生产的大国，乙烯裂解产生的碳四也非常多，所以丁二烯的产量也非常多。但是，目前丁二烯的生产中存在着生产能耗大的问题。因此，对于丁二烯萃取精馏工艺的设计和优化是很有必要的。
1.丁二烯萃取精馏工艺设计
1.1丁二烯的生产方法和工艺的比较与选择
目前，世界上生产丁二烯的方法主要有碳四馏分分离以及合成法。本文选用的生产方法结合了我国目前丁二烯生产的实际状况，主要采用碳四馏分分离的方法进行丁二烯萃取精馏工艺设计的研究。碳四馏分分离法主要是将裂解或者炼油所得的混合气体作为原料，在混合气体中，丁二烯的含量要在40%-50%之间，碳四馏分的含量要在8%-10%之间，然后要从裂解气体的碳四馏分中将丁二烯分离出来。根据我国现有的分离技术和工艺，本文选取乙腈抽提工艺作为丁二烯的分离方法，因为乙腈萃取剂很容易获得，而且相对分子质量较小、再生的费用比较低、废水的处理也比较简单。
1.2丁二烯萃取精馏工艺设计
物料首先进入到丁二烯萃取精馏塔的中部，从塔的顶部加入乙腈水溶液，经过萃取蒸馏之后，丁烯和丁烷会从第一萃取精馏塔的顶部分离出来，输送到水洗塔进行乙腈的回收，而丁二烯和一些重烃组分会从第一萃取精馏塔的底部排出，丁二烯和一些重烃组分会被输送到丁二烯解吸塔进行进一步的萃取精馏。
然后，塔底的溶剂会被送到乙腈再生塔中进行回收再生，塔顶的萃取精馏产物会被输送到第二萃取精馏塔，在第二萃取精馏塔的塔顶添加乙腈水溶液进行炔烃和碳五组分的分离。
最后，从烃萃取精馏塔顶馏出的丁二烯和甲基乙炔会被输送到水洗塔的底部，通过在塔顶和洗涤水进行逆向接触来将乙腈组分洗去，这一流程要将摩尔浓度降低到45%以下，避免甲基乙炔出现分解，从而导致爆炸事故。水洗之后的丁二烯要进入脱水塔中将水脱除，才能进入到聚合车间。
另外，二聚物水洗塔和再生塔的作用主要是用来再生一部分乙腈溶剂，二聚物水洗塔会将乙腈溶剂中存在的二聚物去除掉，再生塔会将各种水洗塔底部中的乙腈进行回收。
2.丁二烯萃取精馏的模拟优化分析
2.1模拟优化分析概述
模拟优化分析在化工产品研发以及工艺设计等方面受到了很广泛的应用，这种模拟过程可以综合利用化工以及高等数值，使用数学的方法来解析化工方程，然后在借助于计算机的平台，可以进行快速的计算，并将结果全面地显示出来。本文采用AspenPlus模拟软件进行丁二烯萃取精馏工艺的模拟优化分析，该软件可以让设计过程更加简单快捷，具有很高的效率。
2.2选取合适的物性方法
丁二烯在萃取精馏的过程中会涉及到加压精馏、萃取精馏和水洗等多种分离技术，在进行模拟优化分析的时候，要将相平衡关系作为基础，所有的模拟过程都要围绕单元设备之间热量的传递来进行能量流动的计算，也就是要使用热力学模型来进行模拟优化分析。物性方法的选取通常会根据系统的非自由度以及操作情况来决定，比如，组成、温度或者压力等等。丁二烯萃取精馏可以选取的物性方法有很多，可以选用多种物性方法进行交错使用，使用比较广泛的有WILSON等。
模拟优化的目标就是要确定适当的参数，通过寻找最优化的参数，降低关键性的萃取精馏塔的能耗，使其维持在合理的范围内，从而达到节能减排的目的。
2.3选取轻重组分
轻重组分的选取是模拟优化分析的首要问题，轻重组分主要是根绝被分离物相对挥发度的大小而确定的，具有一定的相对性。如果将单位摩尔质量小的看做是轻组分，那另外一种就可以看做是重组分。选取了轻重组分之后，要构建丁二烯萃取精馏的模型，首先要将丁二烯萃取精馏过程中能量以及物料的计算过程进行模拟计算，输入一定的数据进行模拟，然后对数据以及模拟的结果进行核对，最后构建出实际的丁二烯萃取精馏模型，在软件中多次输入数据以及参数设置，找出丁二烯萃取精馏过程中的最优化参数。
2.4丁二烯萃取精馏的参数优化
第一，乙腈质量分数，乙腈水溶液具有一定的发泡性，当乙腈水溶液中的含水量较高时，乙腈水溶液非常容易气泡，这会降低泛点气速和塔板的操作弹性。因此，在本文的丁二烯萃取精馏工艺中，乙腈质量分数对丁二烯的分离效果有很大的影响。经过AspenPlus模拟软件计算的结果显示，第一萃取精馏塔内添加的乙腈水溶液质量分数在93%-94%最优；第二萃取精馏塔内添加的乙腈水溶液质量分数在94%左右最优。
第二，腈烃比，根据模拟的结果显示，增加腈烃比可以加强萃取精馏塔的分离效果。就第一萃取精馏塔来说，腈烃比最小为6，当腈烃比小于6的时候，第一萃取精馏塔的分离效果非常不好，但是腈烃比并不是越高越好，当腈烃比大于8的时候，增加腈烃比的作用就不能够很好的发挥出来，还会明显增加萃取精馏塔内的热负荷。因此，第一萃取精馏塔内的腈烃比控制在在7-8之间最优。与此同时，在进行萃取精馏塔的操作中，腈烃比的变化也会对第二萃取精馏塔内的侧线采出量造成一定的影响，经过模拟结果分析可知，将第二萃取精馏塔内的腈烃比控制在1.5-2之间最优，
第三，回流比，根据模拟的结果显示，当腈烃比一定的时候，增加回流比可以明显地提高第一萃取精馏塔的分离效率，但是，回流比过大会增加萃取精馏塔的能耗和气相负荷，很容易引起液泛现象，因此，当腈烃比在7-8之间的之后，回流比控制在2.5-3之间最优。与此同时，增加回流比也可以增加第二萃取分馏塔的效率，因此，第二萃取精馏塔内的回流比控制在3左右最优。
2.5节能优化措施
通过模拟优化分析，可以对丁二烯萃取精馏工艺进行一下节能优化措施的实施：第一，使用热泵技术，将萃取塔的塔顶和塔底等主要塔器的换热网络进行优化；第二，使用辅助循环型的热泵进行萃取精餾装置的节能；第三，选用板式浮阀塔或者其他填料比较高效的填料塔；第四，规范操作，做好防腐和防爆措施，引进更加先进自动化的设备；第五，改造能耗较高的设备。
3.结论
综上所述，丁二烯萃取精馏工艺有很大的改进空间。分析可得，通过对丁二烯萃取精馏工艺设计及模拟优化分析可知，将乙腈的质量分数、腈烃比、回流比控制在最优的范围内，可以最大限度地提高丁二烯萃取精馏的效率，增强丁二烯萃取精馏塔的分离效果，从而提高工厂生产的经济效益，促进丁二烯生产工艺的发展，提高我国化工行业的竞争力。希望本文的研究可以为相关人员进行丁二烯萃取精馏工艺的研究提供参考。
参考文献
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